RU2549622C2

RU2549622C2 - Downhole telemetry system with above-bit unit and method for wireless transmission of data thereof to earth's surface

Info

Publication number: RU2549622C2
Application number: RU2013133000/03A
Authority: RU
Inventors: Рамиль Анварович Шайхутдинов; Василий Прокопьевич Чупров
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-04-27
Also published as: RU2013133000A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: disclosed is a method for wireless transmission to the earth's surface of data of a base telemetry system with an above-bit unit, which includes measuring downhole parameters, encoding and transmitting signals by emission thereof with an electrode into the rock via a high-speed wireless electromagnetic link, receiving said signals with a base telemetry system and transmitting to the surface through an electrical divider of the base telemetry system. An additional electrical divider is placed in the immediate vicinity of the above-bit unit, said divider having a key element controlled by the base telemetry system and being used to receive signals emitted by the electrode of the above-bit unit. Dipole electrodes are opened when receiving signals with the key element and said electrodes are closed when the base telemetry system transmits signals through the key element. In the disclosed device, dipole electrodes of the main divider are connected to a transmitting unit and dipole electrodes of the additional divider are connected to receiving unit of the base telemetry system.

EFFECT: high reliability of transmitting information data from a downhole unit to a downhole telemetry system and then to the earth's surface.

2 cl, 1 dwg

Description

Группа изобретений относится к области бурения скважин и предназначена для передачи забойной информации на земную поверхность по электромагнитному каналу связи.The group of inventions relates to the field of well drilling and is intended to transmit downhole information to the earth's surface via an electromagnetic communication channel.

Известен беспроводной телеметрический канал связи забой-устье, содержащий электрический разделитель, установленный над турбобуром, образующий передающий диполь для передачи электромагнитного сигнала с забоя скважины на земную поверхность. Одним из факторов, влияющих на дальность передачи сигнала, является длина нижнего электрода. Удаление электрического разделителя от турбобура с целью удлинения нижнего излучающего электрода позволяет улучшить согласование передатчика с нагрузкой и при длине нижнего электрода 100 м дает возможность получить выигрыш в дальности на 10% в низкоомном разрезе и на 27% в высокоомном (Молчанов А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: Недра, 1983 - С.6-7 и 31-35).Known wireless telemetric communication channel bottom-hole containing an electrical separator mounted above the turbodrill, forming a transmitting dipole for transmitting an electromagnetic signal from the bottom of the well to the earth's surface. One of the factors affecting the signal transmission range is the length of the lower electrode. Removing the electric separator from the turbodrill to lengthen the lower radiating electrode makes it possible to improve the matching of the transmitter with the load and with a length of the lower electrode of 100 m makes it possible to obtain a gain in range of 10% in the low-resistance section and by 27% in the high-resistance (Molchanov A.A. Measurement of geophysical and technological parameters in the process of drilling wells. M: Nedra, 1983 - S.6-7 and 31-35).

Известна геофизическая телеметрическая система (телесистема) передачи скважинных данных (пат. РФ №2229733, E21B 47/12, приор. 23.03.1999 г., публ. заявки 20.01.2001 г.). Телеметрическая система содержит изоляционный трубный элемент, отделяющий нижнюю часть бурильных труб вместе с турбобуром от основной колонны бурильных труб, ключевой элемент, управляемый кодовым сигналом скважинной аппаратуры, наземную часть, содержащую электрод заземления, силовой источник электрического питания канала связи и блок приема кодированной информации. Ключевой элемент подключен параллельно изоляционному трубному элементу. В колонну бурильных труб может быть установлен дополнительный разделяющий колонну бурильных труб изоляционный элемент с соответствующим ключевым элементом, подключенным параллельно дополнительному изоляционному элементу и управляемым кодовым сигналом скважинной аппаратуры.Known geophysical telemetry system (telesystem) for transmitting downhole data (US Pat. RF No. 2229733, E21B 47/12, prior. 23.03.1999, publ. Application 01.20.2001). The telemetry system contains an insulating pipe element that separates the lower part of the drill pipe together with the turbodrill from the main string of drill pipes, a key element controlled by the code signal of the downhole equipment, a ground part containing a ground electrode, a power source for electrical communication channel power and a unit for receiving encoded information. The key element is connected in parallel with the insulating pipe element. An additional insulating element separating the drill pipe string with a corresponding key element connected in parallel with the additional insulating element and controlled by the code signal of the downhole equipment can be installed in the drill pipe string.

Дополнительный изоляционный трубный элемент, отделяющий от основной буровой колонны больший отрезок бурильных труб, вводится для повышения дальности системы передачи данных. Синхронное кодирующее устройство через управляющий вход замыкает и размыкает соответствующий ключевой элемент, за счет чего происходит удлинение коммутируемой части буровой колонны, а соответственно, и увеличение глубины модуляции тока, что позволяет увеличить дальность канала связи.An additional insulating pipe element separating a larger section of drill pipe from the main drill string is introduced to increase the range of the data transmission system. The synchronous encoder through the control input closes and opens the corresponding key element, due to which the commutated part of the drill string is elongated, and, accordingly, the current modulation depth increases, which allows to increase the communication channel range.

Известное устройство предназначено для работы с телеметрической системой, устанавливаемой в удаленной от долота части бурильной колонны, и не оснащено отдельным наддолотным модулем со своим беспроводным электромагнитным каналом связи с базовой телесистемой, что снижает информативность и точность проводки скважины из-за удаленности датчиков телесистемы от долота.The known device is designed to work with a telemetry system installed in a part of the drill string remote from the bit, and is not equipped with a separate over-bit module with its own wireless electromagnetic communication channel with the base tele-system, which reduces the information content and accuracy of the well wiring due to the remoteness of the tele-system sensors from the bit.

Известна забойная телеметрическая система, оснащенная наддолотным модулем (НДМ) с беспроводным электромагнитным каналом связи. Телесистема включает корпус, блок питания, измерительные модули, модуль передающего устройства, электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над забойным двигателем, при этом непосредственно над долотом установлен НДМ, соединенный с валом забойного двигателя и состоящий из корпуса с центральным промывочным отверстием, на котором размещен центральный электрод, расположенный между изоляторами и электрически изолированный от корпуса. В корпусе расположены электрические схемы, измерительные датчики, источник питания и передающее устройство, а в модуль передающего устройства телесистемы введено приемно-обрабатывающее устройство, осуществляющее прием сигналов от наддолотного модуля (пат. РФ на полезную модель №27839, публ. 20.02.2003 г.) (прототип к заявленному устройству).Known downhole telemetry system equipped with a supra-bit module (NDM) with a wireless electromagnetic communication channel. The telesystem includes a housing, a power supply, measuring modules, a transmitter module, an electrical splitter made in the form of a separate sub mounted directly above the downhole motor, while directly above the bit, a NDM connected to the shaft of the downhole motor and consisting of a housing with a central flushing hole is installed on which the central electrode is located, located between the insulators and electrically isolated from the housing. The case contains electrical circuits, measuring sensors, a power source and a transmitting device, and a receiving-processing device that receives signals from the over-bit module has been introduced into the transmitter module of the television system (Pat. RF Utility Model No. 27839, publ. 02.20.2003 ) (prototype of the claimed device).

Измеряемые НДМ параметры кодируются и передаются путем излучения его электродом в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи на электрический разделитель базовой телесистемы, где принимаются, усиливаются, фильтруются, декодируются и вместе с другими параметрами, измеряемыми базовой телесистемой, передаются на поверхность (Развитие забойных телесистем с электромагнитным каналом связи. / В.П. Чупров, А.В. Бельков, А.А. Бикинеев, Ф.С. Камалетдинов, Р.А. Шайхутдинов, С.Н. Шибанов. // НТВ «Каротажник». - Тверь: Изд. АИС, 2003 г. - Вып.113. - С.37-38) (Прототип к заявленному способу).The parameters measured by the NDM are encoded and transmitted by radiation of the electrode to the rock via a high-speed wireless electromagnetic communication channel to the electrical separator of the base telesystem, where they are received, amplified, filtered, decoded, and together with other parameters measured by the base telesystem, they are transmitted to the surface (Development of downhole telesystems with electromagnetic communication channel. / VP Chuprov, A. V. Belkov, A. A. Bikineev, F. S. Kamaletdinov, R. A. Shaikhutdinov, S. N. Shibanov. // NTV “Logger.” - Tver : AIS Publishing, 2003 - Issue 113. - P.37-38) (Prototype to the claimed method).

Качество и надежность связи между НДМ и базовой телесистемой обеспечивается при условии, что установка в бурильной колонне электрического разделителя базовой телесистемы, на которую НДМ передает сигнал, произведена в непосредственной близости от него (над турбобуром).The quality and reliability of communication between the NDM and the base telesystem is ensured provided that the installation of the electrical separator of the basic telesystem to the NDM transmits the signal in the drill string is made in the immediate vicinity (above the turbodrill).

Однако в этом случае наблюдается ослабление сигнала, передаваемого с диполя электрического разделителя базовой телесистемы на поверхность, из-за уменьшения длины нижнего плеча диполя (Молчанов А.А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. - М.: Недра, 1983. - С.6-7 и 31-35).However, in this case, there is a weakening of the signal transmitted from the dipole of the electric separator of the base telesystem to the surface due to a decrease in the length of the lower arm of the dipole (A. Molchanov. Measurement of geophysical and technological parameters during well drilling. - M .: Nedra, 1983. - C.6-7 and 31-35).

Задача настоящего изобретения заключается в создании средств, позволяющих обеспечить надежность передачи информационных данных от НДМ на базовую телесистему и далее на земную поверхность.The objective of the present invention is to provide means to ensure the reliability of the transmission of information data from the BAT to the base telesystem and further to the earth's surface.

Указанная задача решается тем, что в способе беспроводной передачи на земную поверхность данных забойной телеметрической системой (базовая телесистема) с наддолотным модулем (НДМ), включающем измерение НДМ забойных параметров, кодирование и передачу сигналов путем излучения его электродом в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи, прием этих сигналов базовой телесистемой, где их усиливают, фильтруют, декодируют и вместе с другими параметрами, измеряемыми базовой телесистемой, передают на земную поверхность при помощи электрического разделителя базовой телесистемы, устанавливают в непосредственной близости от НДМ дополнительный электрический разделитель с ключевым элементом, управляемым базовой телесистемой, и осуществляют с его помощью прием сигналов, излучаемых электродом НДМ, при этом ключевым элементом размыкают электроды диполя, образованного дополнительным электрическим разделителем, а при передаче сигналов базовой телесистемой ключевым элементом указанные электроды замыкают.This problem is solved by the fact that in the method of wireless data transmission to the earth's surface by a downhole telemetry system (basic telesystem) with an over-bit module (NDM), including measuring the NDM of downhole parameters, encoding and transmitting signals by emitting it with an electrode into the rock via a high-speed wireless electromagnetic communication channel , the reception of these signals by the base telesystem, where they are amplified, filtered, decoded and, together with other parameters measured by the base telesystem, transmitted to the earth's surface using the electric separator of the base telesystem, an additional electric separator with a key element controlled by the base telesystem is installed in the immediate vicinity of the NDM, and the signals emitted by the NDM electrode are received with it, while the electrodes of the dipole formed by the additional electric separator are opened with the key element, and when transmitting signals by a basic telesystem, a key element of these electrodes is closed.

Указанная задача решается тем, что забойная телеметрическая система (базовая телесистема) с наддолотным модулем (НДМ), включающая корпус, блок питания, измерительные модули, передающий блок, осуществляющий передачу забойных данных на земную поверхность, приемный блок, осуществляющий прием сигналов от излучающего электрода НДМ, основной электрический разделитель, выполненный в виде отдельного переводника, устанавливаемого непосредственно над базовой телесистемой, снабжена размещаемым в непосредственной близости от НДМ дополнительным электрическим разделителем с ключевым элементом, управляемым базовой телесистемой, при этом электроды диполя, образованного основным электрическим разделителем, соединены с передающим блоком базовой телесистемы, а электроды диполя, образованного дополнительным электрическим разделителем - с приемным блоком базовой телесистемы.This problem is solved by the fact that a downhole telemetry system (basic telesystem) with a supra-bit module (NDM), including a housing, a power supply, measuring modules, a transmitting unit transmitting downhole data to the earth's surface, a receiving unit that receives signals from the radiating electrode of NDM , the main electrical splitter, made in the form of a separate sub installed directly above the base telesystem, is equipped with an additional placed in the immediate vicinity of the NDM an electric separator with a key element controlled by the base telesystem, while the electrodes of the dipole formed by the main electric separator are connected to the transmitting unit of the base telesystem, and the electrodes of the dipole formed by the additional electric separator are connected to the receiving unit of the base telesystem.

На прилагаемой фигуре изображена блок-схема размещения в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) базовой телесистемы с НДМ, электрического разделителя базовой телесистемы и дополнительного электрического разделителя.The attached figure shows a block diagram of the placement in the layout of the bottom of the drill string (BHA) of the base telesystem with NDM, an electrical separator of the base telesystem and an additional electrical separator.

Устройство содержит: немагнитную утяжеленную бурильную трубу (УБТ) 1, долото 2, непосредственно над которым размещен НДМ 3. В непосредственной близости от НДМ 3 над турбобуром 4 установлен дополнительный электрический разделитель 5 с ключевым элементом 6, имеющим контакты 7 и 8 с верхним и нижним электродами диполя, образованного указанным разделителем 5. Базовая телесистема 9, включающая измерительные модули (на фигуре не показаны), передающий блок 10, осуществляющий передачу забойных параметров на земную поверхность, приемный блок 11, осуществляющий прием сигналов от излучающего электрода НДМ 3, и блок управления 12 ключевым элементом 6, помещена в верхней части КНБК, где установлен непосредственно над базовой телесистемой основной электрический разделитель 13, имеющий нижний 14 и верхний 15 электроды, соединенные с передающим блоком 10.The device comprises: a non-magnetic weighted drill pipe (UBT) 1, a bit 2, directly above which there is a NDM 3. In the immediate vicinity of the NDM 3, an additional electric separator 5 with a key element 6 having contacts 7 and 8 with upper and lower contacts is installed above the turbodrill 4 the electrodes of the dipole formed by the specified separator 5. The basic telesystem 9, including measuring modules (not shown in the figure), a transmitting unit 10, transmitting downhole parameters to the earth's surface, the receiving unit 11, yayuschy receiving signals from the radiating electrode BAT 3, and 12 a key element control unit 6 is placed on top of the BHA, which is mounted directly above a base main electric telemetry separator 13 having a bottom 14 and upper 15 electrodes connected to the transmission unit 10.

Линия «А» обозначает направление действия электромагнитного канала связи между НДМ 3 и приемным блоком 11 базовой телесистемы 9 с приемной дипольной антенной, образованной дополнительным электрическим разделителем 5 («НДМ-базовая телесистема»).Line "A" indicates the direction of action of the electromagnetic communication channel between the NDM 3 and the receiving unit 11 of the base telesystem 9 with the receiving dipole antenna formed by an additional electrical splitter 5 ("NDM-base telesystem").

Линия «Б» обозначает направление действия электромагнитного канала связи, образованного при помощи диполя основного электрического разделителя 13 («забой-устье»).Line "B" indicates the direction of action of the electromagnetic communication channel formed using a dipole of the main electrical separator 13 ("bottom-mouth").

Осуществление способа раскрывается во время работы устройства: измеряемые НДМ 3 параметры кодируются и передаются путем излучения его электродом в породу по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи «НДМ-базовая телесистема» на дополнительный электрический разделитель 5. Во время передачи сигналов от НДМ ключ 6 разомкнут, контакты 7 и 8 также разъединены, и указанный разделитель 5 функционирует как приемная антенна приемного блока 11 базовой телесистемы 9, где сигналы принимаются, усиливаются, фильтруются, декодируются и вместе с другими параметрами, измеряемыми базовой телесистемой, передаются на земную поверхность при помощи диполя, образованного основным электрическим разделителем 13, соединенным своими электродами 14 и 15 с передающим блоком 10. Во время передачи по электромагнитному каналу связи «забой-устье», образованному основным электрическим разделителем 13, ключ 6 замыкается, контакты 7 и 8 тоже замыкаются и длина нижнего электрода диполя, образованного основным электрическим разделителем 13, увеличивается за счет присоединения нижней части КНБК. Таким образом, достигается высокий уровень передаваемой мощности сигнала от базовой телесистемы 9. Ключ 6 управляется кодированными сигналами базовой телесистемы 9 при помощи ее блока управления 12. При этом процесс передачи забойных параметров разделен во времени на два периода: передача сигналов от НДМ 3 в приемный блок 11 по скоростному беспроводному электромагнитному каналу связи «НДМ-базовая телесистема» при разомкнутом ключе 6 и передача сигналов от базовой телесистемы 9 по электромагнитному каналу связи «забой-устье» при замкнутом ключе 6, действия которого контролируются блоком управления 12.The implementation of the method is revealed during operation of the device: the measured NDM 3 parameters are encoded and transmitted by its electrode to the rock via a high-speed wireless electromagnetic communication channel "NDM-basic telesystem" to an additional electrical isolator 5. During signal transmission from the NDM, key 6 is open, contacts 7 and 8 are also disconnected, and the specified splitter 5 functions as a receiving antenna of the receiving unit 11 of the base telesystem 9, where the signals are received, amplified, filtered, decoded and Naturally, with other parameters measured by the base telesystem, they are transmitted to the earth's surface using a dipole formed by the main electric separator 13, connected by its electrodes 14 and 15 to the transmitting unit 10. During transmission via the face-to-mouth electromagnetic communication channel formed by the main electric the separator 13, the key 6 is closed, the contacts 7 and 8 are also closed and the length of the lower electrode of the dipole formed by the main electrical separator 13 is increased by connecting the bottom of the BHA. Thus, a high level of transmitted power of the signal from the base telesystem 9 is achieved. The key 6 is controlled by the encoded signals of the base telesystem 9 using its control unit 12. In this case, the transmission of downhole parameters is divided in time into two periods: the transmission of signals from NDM 3 to the receiving unit 11 via a high-speed wireless electromagnetic communication channel "NDM-basic telesystem" with an open key 6 and the transmission of signals from the basic telesystem 9 through an electromagnetic communication channel "face-mouth" with a closed Luce 6, whose operations are controlled by control unit 12.

Claims

1. A method of wireless data transmission to the earth's surface by a downhole telemetry system (basic telesystem) with a bit-depth module (NDM), including measuring the NDM of downhole parameters, encoding and transmitting signals by emitting it with an electrode into the rock via a high-speed wireless electromagnetic communication channel, receiving these signals with a basic telesystem and transmission to the surface using an electric separator of the base telesystem, characterized in that they install in the immediate vicinity of the NDM additional an electric separator with a key element controlled by the base telesystem, and using it, the signals emitted by the NDM electrode are received, while the electrodes of the dipole formed by the additional electric separator are opened with the key element, and when the signals are transmitted by the base telesystem with the key element, these electrodes are closed.

2. A downhole telemetry system (basic telesystem) with a super-bit module (NDM), including a housing, a power supply, measuring modules, a transmitting unit that transfers downhole data to the surface, a receiving unit that receives signals from the radiating electrode NDM, the main electrical splitter, made in the form of a separate sub, characterized in that it is equipped with an additional electrical divider located in the immediate vicinity of the NDM with a key element controlled by the base telescope emoy, the dipole electrodes formed basic electrical separator, connected to the transmitting unit, and the dipole electrodes formed additional electric separator - with a receiver unit base telemetry system.